2. Виды свай и свайных фундаментов

1. Виды свай по условиям взаимодействия с грунтом

По условиям взаимодействия с грунтом сваи подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи или, как их еще называют, сваи трения.

Сваи-стойки прорезают толщу сжимаемых грунтов и опираются на несжимаемый грунт. Так как эти сваи при их нагружении не получают вертикального смещения, деформации сжатия самого ствола сваи не учитываются, то сил трения по боковой поверхности не возникает. Таким образом, такие сваи передают нагрузку на грунты основания только нижним своим концом. Несущая способность грунтового основания сваи-стойки или, как часто ее называют, несущая способность сваи по грунту определяется только реактивным отпором грунта под острием сваи, который чаще всего называется лобовым сопротивлением грунта R_S под нижним концом сваи (рисунок 1, а).

К сваям-стойкам относятся сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, опирающиеся и на малосжимаемые грунты. К малосжимаемым грунтам под нижним концом сваи относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции насыщенные водой с модулем деформации Е > 50 МПа.

Висячие сваи нижним концом опираются на сжимаемые грунты. Под действием вдавливающей нагрузки они перемещаются вниз, вследствие чего по их боковым поверхностям возникают реактивные силы трения. Кроме этого, под нижним концом висячей сваи со стороны грунта возникает реактивный отпор – лобовое сопротивление. Таким образом, несущая способность грунтового основания висячей сваи или несущая способность висячей сваи по грунту определяется как сумма лобового сопротивления грунта R_S под нижним концом сваи и равнодействующей сил трения грунта R_f по боковой поверхности сваи (рисунок 1, б).

2. Виды свайных фундаментов

В большинстве случаев нагрузка, передаваемая на свайный фундамент, превышает несущую способность одиночной сваи. Поэтому свайный фундамент, за исключением отдельных частных случаев, изготавливают из нескольких свай. В зависимости от размещения свай в плане различают свайные фундаменты из одиночных свай, ленточные свайные фундаменты, свайные кусты и сплошные свайные поля.

Одиночные сваи устраиваются в случаях когда несущей способности сваи, как по грунту, так и по материалу достаточно для восприятия нагрузок от колонн здания. Иногда такие сваи являются одновременно и колоннами здания, например, сваи-колонны для зданий сельскохозяйственного назначения.

Отдельно стоящие свайные кусты изготавливают под стойки и колонны, т.е. такие конструкции, у которых нагрузка на фундаменты передается в виде сосредоточенных силовых факторов.

Ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий или протяженными конструкциями, у которых нагрузка на фундаменты передается в виде распределенных по длине силовых факторов. Ленточные свайные фундаменты также предусматривают под отдельно стоящие конструкции в случаях, когда несущая способность отдельно стоящих свайных кустов оказывается недостаточной или необходимо снизить или устранить влияние неравномерных осадок на внутренние усилия в надфундаментных конструкциях.

Сплошное свайное поле устраивается под сооружениями с большими нагрузками на фундаменты, например, высотные тяжелые здания, когда несущей способности свай, объединенных в свайные кусты, недостаточно для восприятия действующих нагрузок. Сплошное свайное поле может быть также применено для уменьшения деформаций здания, например, на площадках, где с поверхности залегают грунты средней прочности, но плитный фундамент, даже при достаточной несущей способности грунта, не проходит по деформациям.

Чтобы все сваи работали одновременно, их по верху объединяют железобетонной плитой или балкой – ростверком, который обеспечивает распределение нагрузки с надфундаментных конструкций на сваи и, приблизительно, равномерность осадки или при несимметричном загружении – осадку с креном.

В некоторых случаях, при незначительных нагрузках, передаваемых отдельными стойками, и большой несущей способности свай, например буровых свай, возможен вариант устройства безростверковых свайных фундаментов. Такое конструктивное решение предусматривает непосредственное сопряжение надфундаментной конструкции со сваей (рисунок 2).

По положению подошвы ростверка относительно поверхности грунта различают свайные фундаменты с высоким, повышенным или низким ростверком (рисунок 3).

У высокого ростверка его подошва расположена выше поверхности грунта. Такие ростверки изготавливаются при строительстве мостов, гидротехнических сооружений, в гражданском строительстве под внутренними стенами зданий с техническими подпольями.

П овышенный свайный ростверк располагают непосредственно на поверхности грунта. Такие ростверки возможны при отсутствии пучинистых грунтов под подошвой ростверка и отсутствии ограничений, накладываемых эксплуатационными характеристиками сооружений и технологических процессов.

Низкие ростверки полностью заглублены в грунт. При этом глубина заложения подошвы ростверка назначается с учетом глубины сезонного промерзания и конструктивного решения сопряжения сваи с ростверком.

Для шарнирного сопряжения сваи с ростверком глубина заложения подошвы ростверка определяется из условия глубины промерзания так же, как и для фундамента мелкого заложения. Допускается делать глубину заложения подошвы ростверка выше глубины промерзания даже на пучинистых грунтах, но в этом случае между подошвой ростверка и промерзаемым грунтом необходимо обеспечить зазор, размером несколько больше высоты поднятия пучинистого грунта, а при определении несущей способности сваи следует учитывать отрицательные силы морозного пучения, действующие по боковой поверхности сваи.

Для жесткого сопряжения сваи с ростверком допускается делать глубину заложения подошвы ростверка выше глубины промерзания без устройства зазора между подошвой ростверка и промерзаемым грунтом. В этом случае соответствующим расчетом, на действие сил морозного пучения по подошве ростверка и боковым поверхностям свай, должно быть подтверждено выполнение условий расчета свайных фундаментов по первой и второй группам предельных состояний.